深水急流裸巖復雜環境條件下鋼棧橋加固技術

鄒 興

（中鐵十八局集團 第三工程有限公司，河北 涿州 072750）

1 工程概況

某特大橋為單線變雙線橋，橋梁全長875.315m，于DK21+262 桪K21+939 跨越江河段，設計采用(144+288+144）m 鋼構斜拉加勁方式跨越江中主航道。橋位所在河段為感潮河段、受潮汐影響較大，百年一遇設計水位和設計平均水流速分別為5.37m/s、2.25m/s。經現場勘查5#至9#墩處于深水區，最大水深約30m，且河床覆蓋層較薄，尤其是8-9# 墩范圍無覆蓋層、河床基巖裸露呈斜坡面，鋼棧橋施工難度很大。如何在無覆蓋層水中搭設鋼棧橋和保持其穩定性是施工的重難點。本棧橋最終采用布設板凳樁+錨桿錨固及沖孔錨固鋼管樁+拋混凝土錨等施工工藝，[1-2]使搭設鋼棧橋施工在深水、急流、裸巖的惡劣條件下實現平穩推進，且能夠保證運營安全、穩定。

2 鋼棧橋結構設計及加固方案

2.1 鋼棧橋結構設計

鋼棧橋設計為鋼管樁基礎，采用三排樁板凳式布置，樁間距為3.2m，鋼管平聯、斜撐采用[20槽鋼，樁頂橫向承重梁采用2I36 工字鋼，縱向架設4 組貝雷梁，跨徑為12m+3m(詳見圖1)。橋面寬8m，采用鋪設鋼筋混凝土預制板，棧橋施工考慮用履帶吊逐跨推進施工。

2.2 鋼桟橋加固方案

經現場勘查得知從岸邊至8# 墩范圍河床覆蓋層較淺且沖刷較大，鋼管樁人土深度有限，穩定性能差；從8# 至9# 墩河床巖面裸露且呈斜坡狀，鋼管樁嵌巖難度大，無法直立；此外鋼管樁還要承受洪水、潮水沖擊影響，鋼管樁基礎穩定性受到嚴峻考驗。為增加棧橋整體穩定性，經多次現場勘查及方案論證，最終確定以下三項加固方案。

圖1 鋼棧橋結構設計圖

第一項方案：在岸邊至8#墩范圍的河床覆蓋層較淺基礎施工采用直接插打鋼管樁+ 錨桿樁方案，鋼管樁通過錨桿與河床形成固結。

第二項方案：在8#至9#墩范圍的河床基巖裸露呈斜坡狀基礎施工采用沖擊鉆孔錨固樁方案,通過灌注鉆孔混凝土使鋼管樁與河床形成固結,以抵抗水平力及傾覆對樁產生的上拔力。

第三項方案：從8# 墩至9# 墩間144m 無鉆孔平臺，且河床基巖裸露呈斜坡面，現場擬定從8#墩開始，在棧橋的上下游每跨兩側各增加一根Ф1200*10mm 鋼管增加受力截面，同時利用這兩根鋼管樁施做沖孔錨固樁進行錨固，錨固樁與其它鋼管聯接為一體，保證棧橋支撐體系的整體穩定。考慮水深流速急，鋼管樁長細比較大，為保證上部穩定，在已施工完的8-9# 墩棧橋兩側錨固樁，對稱設置30t 混凝土地錨作為輔助結構，增大桟橋抵抗水平荷載能力。

3 棧橋加固施工的應用

3.1 錨桿錨固樁施工

5# 墩至8# 墩河床為淺覆蓋層區域，鋼管樁貫人度難以滿足，因此棧橋鋼管樁采用錨桿錨固法。

3.1.1 搭設鉆機平臺利用已經插打及焊連的鋼管樁為基礎搭設簡易鉆孔平臺，在每組板凳樁大里程側的三根鋼管樁內設置錨桿錨固樁，并安裝XY-2B 型鉆芯機就位。

3.1.2 下放套管

在選做錨固樁的鋼管樁內插人三根套管，套管直徑為194mm，套管間距為40cm，成三角形布置。

3.1.3 錨孔鉆芯

錨孔設計直徑為170mm，每一鋼管樁內布設3 個錨固孔。因水深及河床地質不一，其錨固長度也不相同，設計要求錨人強- 弱風化巖的長度不小于5m。鉆機調整就位后開啟鉆進，采用接長鉆桿的方式使鉆筒深人河床基巖取芯成孔，測量孔深合格后用高壓風完成清孔。[1]

3.1.4 錨筋制作與下放

錨筋采用3 根Ф32 螺紋鋼筋點焊捆綁在一起形成錨桿束，單根長度不小于10m (長度由錨孔深度確定）。制作好的錨筋上捆綁兩根注漿管，注漿管采用Ф25mm 的高強度塑料管，一根作觀察孔，一根作壓漿。根據實測錨孔深人基巖深度，計算壓漿管出巖面位置，在此處破開一個輔助孔，并用無紡布包裹此孔，孔口上下各20cm 位置的用鐵絲扎緊形成袋狀。（詳見圖2)

圖2 錨筋實體圖

3.1.5 錨孔注漿

錨孔注漿采用壓漿機注人，孔底返漿法施工。注漿材料采用壓漿料，漿液水灰比為0.4～0.7,根據現場水流滲透壓力可適當調整漿體配合比，注漿壓力控制為0.5～0.8Mpa。具體施工中漿液通過壓漿管至輔助孔處流出，此時無紡布袋撐開膨脹形成膠囊封堵錨孔頂口，隔絕上部水層，防止漿液向河道流失。而后漿液從孔底流出，孔內水從觀察孔排出，直至觀察孔內流出濃漿后立即停止壓漿。

3.1.6 鋼管樁錨固處理

利用鉆機將套管拔除，注意不要將錨筋帶出，移開鉆機，考慮管樁內泥砂難以清凈，在管樁內填人粒徑20～40mm 碎石進行高壓旋噴處理，使鋼管樁與錨桿基巖形成一體，確保整體的穩定。最后形成巖層—錨桿—立柱穩定系統。（詳見圖3）

圖3 棧橋錨桿錨固樁示意圖

3.2 沖擊鉆孔錨固樁施工

8# 墩至9# 主墩段靠主航道，水深流速急、下部河床為裸巖，采用沖孔錨固形式，在棧橋上下游兩側各增加一根Ф1000 x 10mm 鋼管，距離棧橋鋼管樁3.2m，加大受力截面，同時利用這兩根鋼管樁進行鉆孔樁錨固，錨固樁與棧橋管樁聯接為一體，保證棧橋支撐體系的整體穩定。[2]

搭設臨時工作平臺，吊裝沖擊鉆機就位，利用新增Ф1000mm 的鋼管做為護筒，在鋼管樁內沖孔施工鋼筋混凝土錨樁以增加樁長，選用Ф800mm 鉆頭進行沖孔作業，鉆進巖層深度達到5m 后清孔，吊放10m 長的鋼筋籠人孔，下導管向孔內灌注水下混凝土至10m 高度，使鋼管樁與基巖形成一體，確保整體的穩定。

3.3 混凝土地錨施工

3.3.1 錨錠的制作

拋錨錨錠采用鋼筋混凝土錨錠，設計為前端帶尖三角腳趾的楔形塊（詳見圖4)。單個重量約為30t，現場在岸邊空地上綁扎錨錠鋼筋、安裝模板后澆筑混凝土成形，施工時要注意預埋起吊吊環和鎖鏈連接拉環。

圖4 混凝土錨大樣圖

3.3.2 拋錨施工

針對江河道水深、流速急，棧橋鋼管樁長細比大，自由段長度較大，下部管樁雖進行錨固，但棧橋晃動仍較大，為保證棧橋的穩定，在已施工的北岸棧橋8# 墩至9# 主墩間主棧橋設置拋錨錨固，拋錨錨錠采用鋼筋混凝土錨錠。

將預制好的錨錠塊吊人駁船上運輸至錨固鋼管樁位置，采用47# 鋼絲繩纏繞鋼管樁一圈，利用卷揚機帶緊鋼絲繩，套上卡扣鎖緊。鋼絲繩另一端與48 型錨鏈連接，錨鏈長50m。啟動駁船將混凝土錨錠運至拋錨范圍。拋錨地點為錨固樁上下游對稱各140m 左右處，用100t 浮吊吊起錨錠緩慢放入水中直至沉人河底。（詳見圖5)，調整至對稱兩根繩索松緊度均勻時鎖緊卡扣。

圖5 拋錨斷面圖

4 結語

實踐證明該鋼棧橋已多次經受強臺風和洪水侵襲，穩定性好、安全系數高，加固技術應用成功。在復雜河床地質條件下搭設鋼棧橋，加固技術是關鍵，上述三項加固技術具有施工難度小、速度快、效果好的優點，為以后類似工程提供有意義的參考。